ダスト（宇宙の塵）

はじめに：赤外線でみたXXX

講演会

鉱物

超大型望遠鏡 TMT がぬりかえる宇宙像

太陽系外惑星に生命の兆候を探る
2012年10月8日（月）体育の日
国立天文台

質疑応答込50分

田村 元秀
NASA:Spitzer

話の内容

けいがいわくせい

系外惑星の研究の紹介

私たちの母なる星、太陽は「恒星」
ガスのかたまり
表面温度 約6000度

 系外惑星＝第２の木星や第２の地球の発見は私たちの世界の見方を変えつつある どのように惑星を探すのか？
 すばるで巨大惑星を「写す」
 ケプラー衛星で地球型惑星の「影をみる」
 TMTで地球型惑星に「生命の兆候を探る」

よって生命には不向きな場所（デンジャラス！）
すばる望遠鏡

TMT
ケプラー衛星地球（太陽系の）地球：海と陸、生命が存在

木星

https://mail.nvnet.org/~quillen/S02DB24C3.1/Rotating_Earth_Animation.gif

木星：ガスからなる巨大な惑星（逆回し付き）

1

惑星は、太陽のような恒星よりもずっと小さくて軽い天体

太陽系「内」の惑星・小惑星は探査機（たんさき）が行って調べることができるが、、、

太陽

地球太陽の周りを回る太陽系「内」の惑星

木星
木星質量～太陽質量/1000（大きさは約1/10）
地球質量～木星質量/300 （大きさは約1/10）
惑星  木星質量の約20倍以下、恒星を周回太陽のように自ら光る天体ではない（普通の説明）（左）可視光しかし、赤外線では惑星も光っている（ただし弱い）（右）赤外線

小惑星探査機「はやぶさ」（2003年打ち上げ-2010年帰還; JAXA)

太陽系をしだいに離れて外から見ると、、、

間接観測法 その１ ドップラー法
恒星でさえ暗い点にしか見えず恒星と惑星を見分けられない

太陽系の広がりの1万～10万倍も離れた距離にある惑星の検出⇒ 最初は直接撮像ではなく、間接的観測によるアプローチ
かんせつてき系外惑星の見つけ方の代表例
間接観測法 その２ トランジット法

明るさ変化の精密観測（地上では0.2%精度、宇宙では0.002%精度）

恒星
地球に来る光惑星（見えない）時間（位相）

観測されるスペクトル（虹）「恒星の速度ふらつきを測る」 恒星光はドップラー効果を受ける

系外惑星の発見＝新たな宇宙の見方
1995年に発見された系外惑星（ホットジュピター）は、太陽系のどの惑星とも似ていない！
太陽系が「標準」かどうかわからなくなった、、、
ﾍﾟｶﾞｽｽ座51番星B：軌道0.05AU、周期４日、温度1000度C

木星：軌道5AU、周期12年、温度-150度C

明るさ

恒星のまわりを周回する惑星（ほぼ真横から見た場合だけに起こる）↓
確率が小さいので多数の星を観測する

視線方向の速度(メーートル/毎秒）

系外惑星の見つけ方の代表例

惑星は見えにくくなる

系外惑星を直接に見ることは難しい「惑星の影を見る」

時間

恒星＋惑星の明るさの変化を検出

１AU = 地球と太陽の距離（約1.5億km、8.3光分）

2

かくめい

2011年：ケプラー衛星革命
合計3000個以上の惑星（ケプラー衛星だけで約2300個の候補）

各年ごとの惑星発見数5

1/スケール）1051⇒/スケール）

重力レンズ法の成功個数（前頁の110えいせい

ペガスス座 星ｂの発見
恒星を周回する巨大惑星⇒

個数（前頁の2010年までに500個を超えた
系外惑星

ケプラー望遠鏡の詳しい話は後で発見年

2011

最新のニュース

確認された惑星は現在800個以上 発見年

2011

系外惑星探査最前線

けいがいわくせい
たんさ さいぜんせん

すばる望遠鏡による直接観測へのアプローチ（国立天文台が建設・運営、1999年観測開始）

木星型惑星の直接観測の時代が来た地球型惑星に迫れるようになった

系外惑星探査最前線

けいがいわくせい
たんさ さいぜんせん

大気の揺らぎをリアルタイムで直す補償光学技術
ほしょうこうがくぎじゅつ

大気の無い宇宙空間にある望遠鏡で星を見た場合地上の望遠鏡で星を見た場合

かいきにっしょく周りの暗いものが見えてくる：皆既日食！
2009年7月22日に日本のごく一部で皆既日食が見られた

実は、同じ技術が系外惑星観測にも使われている！

星空を拡大
すると
回折限界（Airy Pattern）

明るい星本体を隠すとスペックル（Speckle)
djoye.chez-alice.fr/Eclipse_06-01_eng.html

3世界初、太陽型の星をめぐる惑星候補を写す

系外惑星探査最前線
HiCIAO（ﾊｲﾁｬｵ）

新コロナグラフ装置完成（2005-2009）
CIAO（ﾁｬｵ;2000-）の後継機
こうけいき
望遠鏡は進化する⇒・パロマー5m望遠鏡は60年以上
・新しい観測装置の開発がカギ こと座の方向
 距離：50光年
 G9型恒星 可視光で6等星
視光等 質量：0.97太陽質量
 太陽にそっくり 明るい中心星の影響を抑える観測およびデータ解析法を活用 第2,第3の木星も撮像で発見、乞期待惑星の放つ熱が波長1.6ミクロンの赤外線として見えている（反射光ではない）
また、白が明るく、黒が暗い意味の色（実際の色ではない）

ケプラー衛星世界で初めて惑星が生まれる現場を詳細に撮像

 小さな惑星の「影」をとら

原始惑星系円盤で実際に惑星が生まれている証拠！

 現在、最も優れたﾄﾗﾝｼﾞｯﾄ法

えるNASAのケプラー衛星
見え方は間接照明と同じ
リング半径＝８０AU(140pc; circumbinarydisk)

TW Hya (56pc; r=8-80AU region)

 織姫星近くの約10万個の星を4年間続けて観測
Vega
織姫星の近く
Hashimoto et al2010 w/HiCIAO

Fukagawa et al 2009年3月に打ち上げ
 2011年に多数データ公開

2004 w/CIAO

ケプラー衛星が発見した多数の小さな惑星たち 2326個の惑星候補。

 46個がハビタブルゾーン にある。

ケプラー22b: ハビタブル惑星
主星：ほぼ太陽と同じ性質、ただし、620光年も先にある恒星
惑星：2.4 地球半径、軌道半径 0.85AU、公転周期 290日

 100個の恒星には34個の惑星あり（惑星存在率34%）。

惑星候補の個数
264個
704個

地球サイズ
1083個 海王星サイズ
ｽｰﾊﾟｰｱｰｽサイズ 206個 木星サイズ

惑星個数（棒グラフ）と補正後の惑星存在確率

１８％＊：補正不完全

８％＊

惑星直径
地球サイズ

ただし、水が本当にあるかどうかの確認
は、地球から遠すぎてまだできない

２％

５％＊

0.1％

スーパーアース
サイズ

海王星
サイズ

木星サイズ

木星以上
サイズ

想像図: NASA Kepler

4

３ 将来の展望

ケプラー47c: 2個の太陽を持つハビタブル惑星

地上からの第二の地球の探し方

主星：ほぼ太陽と同じ性質、ただし、0.3太陽質量の恒星と近い連星
惑星ｃ：4.6 地球半径 @1AU、惑星ｂ：3.0地球半径 @0.3AU

すばる8mから次世代の30m望遠鏡（TMT）へのステップ




太陽軽い星

太陽質量
温度6000度（可視光で暗く軽い惑星は探しにくい）

太陽質量x1/5
温度3000度（赤外線で明るい） 太陽より軽い恒星を狙う
・数多くある（太陽型の10倍以上）
・可視光では暗いが赤外線で明るい‘Tatooine’ Planet ?
(in “star wars”)

 世界最初の「第2の地球」撮像をめざす（二段階で！）「すばる」で軽い恒星の速度を赤外線で測り地球型惑星を探す② 「TMT」で、それらを直接に写し生命の証拠を得る①

他にも生命証拠に迫るアイデアあり

想像図：NASA Kepler

３ 将来の展望

地上からの第二の地球の探し方
すばる8mから次世代の30m望遠鏡（TMT）へのステップ 太陽より軽い恒星を狙う

太陽軽い星

太陽質量
温度6000度（可視光で暗く軽い惑星は探しにくい）

太陽質量x1/5
温度3000度（赤外線で明るい） 世界最初の「第2の地球」撮像をめざす（二段階で！）「すばる」で軽い恒星の速度を赤外線で測り地球型惑星を探す② 「TMT」で、それらを直接に写し生命の証拠を得る①

他にも生命証拠に迫るアイデアあり

地球外植物を検出する？

３ 将来の展望

こうごうせい地球の植物は光合成を行い生命にとって重要な酸素（さんそ）をつくる
大陸や海とは異なる、植物のスペクトルを調べる
光の 反 射 率・数多くある（太陽型の10倍以上）
・可視光では暗いが赤外線で明るいTMT30m望遠鏡（2021年完成予定）

TMT30m望遠鏡（2021年完成予定）

波長
地球を人工衛星から見たときのスペクトル
植物の「レッドエッジ」に着目

まとめ
ガリレオが400年前に月や金星の満ち欠けを4cm望遠鏡と肉眼で観測↓
・系外惑星満ち欠け間接観測
・8m望遠鏡系外惑星直接撮像
・ｹﾌﾟﾗｰ地球型惑星候補検出
球型惑星候補検出
・新しい観測装置開発が大事↓
いよいよ系外惑星の研究から宇宙生命の科学的な話に迫れる時代がやってきた！

真の第２の地球を見つけて、生命を科学的に探す時代に突入！

さらなる読み物として …

画像クレジット：国立天文台、NASA、ESOほか、講演中で引用したサイト

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